第二章电力半导体器件2
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普通晶闸 管：也称可控硅整流管 (Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。
它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性(目前 生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整流、逆 变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率低频 (200Hz以下)装置中的主要器件。
②半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关 断的电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件等；
③全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断 的器件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、 功率场效应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型 晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。
（2）反向重复峰值电压ＵRRM： 指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压），此电压通常为击
穿电压UＢ的2/3。 （3） 正向压降ＵF： 指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端 的正向平均电压(又称管压降)。 （4） 反向漏电流ＩRR： 指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。 最高工作结温ＴjM： 指器件中ＰＮ结不至于损坏的前提下所能承受的最高平均温度。ＴjM通
（2）开通特性： 电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。电力二极管的正向
压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值 （如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。
功率二极管的主要参数
（1）额定正向平均电流IF(AV)：在指定的管壳温（简称壳温，用TC表示） 和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象 成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和 B代Hale Waihona Puke Baidu开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。 它只工作在“通态”和“断态”两种情况，在通态时其 电阻为零，断态时其电阻无穷大。
电力电子器件的基本特性
✓ （1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 ✓ （2）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）
从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。
功率二极管
a）结构 b）外形 c）电气图形
伏安特性曲线
功率二极管的开关特性
（1）关断特性：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。 须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。 在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。 反向恢复时间：trr= td+ tf
（3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接 触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为 0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反 向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或高频 低压整流电路中。
晶闸管
晶闸管(Thyristor)包括：普通晶闸管(SCR)、快速 晶 闸 管 (FST) 、 双 向 晶 闸 管 (TRIAC) 、 逆 导 晶 闸 管 (RCT) 、可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 普通 晶闸管面世早，应用极为广泛, 在无特别说明的情况下, 本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。
外电路来控制。 ✓ （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、
开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热 量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般 都要安装散热器。
✓注：很重要，一定记住。
电力电子器件的分类
✓ 按器件的开关控制特性可以分为以下三类：
① 不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要 根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管（Power Diode）；
功率二极管
功率二极管（Power Diode）也称为半导体整 流器（Semiconductor Rectifier，简称SR）， 属不可控电力电子器件，是20世纪最早获得应 用的电力电子器件。在中、高频整流和逆变以 及低压高频整流的场合发挥着积极的作用, 具有 不可替代的地位。
基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二 极管一样。
常在125～175℃范围内。
功率二极管的主要类型
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier D反io向d恢e）复，时多间用在于５开u关s以频上率，在额１定K电H流Z以达下数的千整安流，电额路定中电，压其达 数千伏以上。
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极管从 性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复 时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其容量可达 1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电路中。
第二章 电力半导体器件
本章要点： 1.功率二极管 2.晶闸管工作原理 3.晶闸管伏安特性 4.晶闸管主要技术参数 5.几种全控型器件的特点 6.新型器件介绍
电力电子器件的基本模型
定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导 体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。
晶闸管的外形、结构和符号
G K
A
K A G
(a)
A
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K (b)
(a) 外形； (b) 结构； (c) 图形符号
K G
A (c)
晶闸管的工作原理
A
IA=Ic1+Ic2+ICO= 1 IA + 2 IK +ICO
电力电子器件的分类
✓ 前面已经将电力电子器件分为不可控型、半控型和全控 型。按控制信号的性质不同又可分为两种：
✓ ① 电流控制型器件：
此类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。如： 晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等； ✓ ② 电压控制半导体器件：
这类器件采用电压控制（场控原理控制）它的通、 断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率 信号就可驱动它工作。如：代表性器件为MOSFET管和 IGBT管。
它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性(目前 生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整流、逆 变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率低频 (200Hz以下)装置中的主要器件。
②半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关 断的电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件等；
③全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断 的器件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、 功率场效应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型 晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。
（2）反向重复峰值电压ＵRRM： 指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压），此电压通常为击
穿电压UＢ的2/3。 （3） 正向压降ＵF： 指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端 的正向平均电压(又称管压降)。 （4） 反向漏电流ＩRR： 指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。 最高工作结温ＴjM： 指器件中ＰＮ结不至于损坏的前提下所能承受的最高平均温度。ＴjM通
（2）开通特性： 电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。电力二极管的正向
压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值 （如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。
功率二极管的主要参数
（1）额定正向平均电流IF(AV)：在指定的管壳温（简称壳温，用TC表示） 和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象 成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和 B代Hale Waihona Puke Baidu开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。 它只工作在“通态”和“断态”两种情况，在通态时其 电阻为零，断态时其电阻无穷大。
电力电子器件的基本特性
✓ （1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 ✓ （2）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）
从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。
功率二极管
a）结构 b）外形 c）电气图形
伏安特性曲线
功率二极管的开关特性
（1）关断特性：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。 须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。 在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。 反向恢复时间：trr= td+ tf
（3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接 触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为 0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反 向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或高频 低压整流电路中。
晶闸管
晶闸管(Thyristor)包括：普通晶闸管(SCR)、快速 晶 闸 管 (FST) 、 双 向 晶 闸 管 (TRIAC) 、 逆 导 晶 闸 管 (RCT) 、可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 普通 晶闸管面世早，应用极为广泛, 在无特别说明的情况下, 本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。
外电路来控制。 ✓ （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、
开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热 量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般 都要安装散热器。
✓注：很重要，一定记住。
电力电子器件的分类
✓ 按器件的开关控制特性可以分为以下三类：
① 不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要 根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管（Power Diode）；
功率二极管
功率二极管（Power Diode）也称为半导体整 流器（Semiconductor Rectifier，简称SR）， 属不可控电力电子器件，是20世纪最早获得应 用的电力电子器件。在中、高频整流和逆变以 及低压高频整流的场合发挥着积极的作用, 具有 不可替代的地位。
基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二 极管一样。
常在125～175℃范围内。
功率二极管的主要类型
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier D反io向d恢e）复，时多间用在于５开u关s以频上率，在额１定K电H流Z以达下数的千整安流，电额路定中电，压其达 数千伏以上。
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极管从 性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复 时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其容量可达 1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电路中。
第二章 电力半导体器件
本章要点： 1.功率二极管 2.晶闸管工作原理 3.晶闸管伏安特性 4.晶闸管主要技术参数 5.几种全控型器件的特点 6.新型器件介绍
电力电子器件的基本模型
定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导 体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。
晶闸管的外形、结构和符号
G K
A
K A G
(a)
A
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K (b)
(a) 外形； (b) 结构； (c) 图形符号
K G
A (c)
晶闸管的工作原理
A
IA=Ic1+Ic2+ICO= 1 IA + 2 IK +ICO
电力电子器件的分类
✓ 前面已经将电力电子器件分为不可控型、半控型和全控 型。按控制信号的性质不同又可分为两种：
✓ ① 电流控制型器件：
此类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。如： 晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等； ✓ ② 电压控制半导体器件：
这类器件采用电压控制（场控原理控制）它的通、 断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率 信号就可驱动它工作。如：代表性器件为MOSFET管和 IGBT管。